RV减速器核心零部件摆线轮通过数控铣削实现高效加工探讨.docx

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1、针对摆线轮的数控铳削问题，通过设计工装夹具、合理选择铳削刀具及优化铳削路径等方法，实现摆线轮的高效加工。目前RV减速器广泛应用于工业机器人、自动化转台、数控机床刀塔及AGV等工业领域，但其批量国产化生产一直是困扰行业发展的瓶颈问题。摆线轮作为RV减速器的核心卷部件（见图1）,其摆线齿廓与曲柄轴孔的加工质量，直接制约着整个减速器的传动精度、扭转刚性等性能指标。a）RV减速器结构b）摆线轮结构图IRV减速器及摆线轮结构摆线轮加工方案摆线轮加工时，摆线齿廓与各处内孔（曲柄轴孔、输入轴过孔和行星架过孔）一般采用分序加工，首先加工出各处内孔，再以曲柄轴孔定位，加工摆线齿廓。但该种方案存在两方面问题：需重

2、新设计曲柄轴孔定位工装，增加装夹时间。由于摆线轮齿廓自身曲率半径的限制，为防止发生过切/根切现象，只能选用小直径铳削刀具，造成单次切削量小，加工时间大幅增加。为解决上述问题，针对摆线轮的数控铳削工序，通过重新设计工装夹具、合理选择铳削刀具及优化铳削路径等方法，实现摆线轮的高效数控加工。摆线轮加工时，摆线轮齿廓与曲柄轴孔的形位精度最高，最好同工序加工完成，以保证两者之间的形位精度。同时为了提升加工效率，应该降低更换工装时间，提高有效的零件切削时间。基于此，对摆线轮摆线齿廓的铳削采用以下改进方法：以输入轴过孔为装夹找正基准，通过一次装夹，同时加工出摆线齿廓、曲柄轴孔和行星架过孔，消除二次装夹时间。

3、根据摆线齿廓的几何特性，进行分段加工，依次选用不同直径的铳刀，提升铳削效率，缩短加工时间。装夹方案设计零件装夹前，首先将工装固定在机床台面上，找正工装与输入轴过孔配合的外圆，并以此为加工零点，采用一次装夹的方法，以输入轴过孔为定位基准，压紧摆线轮上、下端面。工装的上端压盖设计时，要避开与各孔相干涉的部位（见图2）。图2摆线轮装夹方式具体实施过程中，摆线轮要紧固牢靠，防止加工过程中出现松动，造成摆线轮齿廓与曲柄轴孔之间的形位精度超差；摆线轮上、下端面平行度V0.03mm,防止加工后摆线廓线/孔与端面垂直度超差；加工时先加工内部各孔，再铳削外部摆线齿廓。刀具与切削路径数控铳削时，主要涉及摆线齿廓、

4、各处内孔（具体包括曲柄轴孔、输入轴过孔和行星架过孔）的加工。各处内孔加工相对简单，采用分层铳削的方法，加工行星架过孔时，要注意该孔的过渡圆角，加工摆线齿廓时，根据摆线的方程推导,其齿廓方程为Z=WrMcoS（ITH）6-e-Mr/依,6）os（iHe）”=弓-（4,6）sin。-产）。-efW）sin（产6）式中F=ZJZjk=4h.（勺）=1/：+1-2KCoS6（。）e为偏心距（mm）；ITP为针齿分度圆半径（mm）；Zl为针齿数（个）；Zc为摆线齿数（个）。铳削过程中，为防止刀具与摆线根/顶部发生过切，应保证所选用铳刀直径Drrp,但这就造成刀具直径变小，一般选为DW6mm,造成单件加工

5、周期变长,加工成本提高。所以本文根据摆线齿廓方程，采用摆线齿廓移距+等距的方法对摆线齿廓进行多次逼近加工，依次选用不同的摆线齿廓和刀具直径，实现摆线齿廓的高效加工。选用三种铳削刀具（1#、2#和3#）加工，刀具直径依次减小，刀具材质选择带有涂覆层的硬质合金刀具。实际加工时，按图3所示的各自路径进行加工。由于摆线轮厚度IOmm,一次铳削困难，故采用分层铳削，最后整体精铳的方法，保证了摆线轮摆线齿廓的形状精度与表面粗糙度。图3铳削路径设备匹配与加工在选取CNC加工设备时，摆线轮的摆线齿廓与曲柄轴孔的几何公差V0.02mm,而且精铳摆线齿廓表面时，由于刀具直径小，为保证较高的铳削精度,刀具在高速旋转

6、条件下，机床主轴稳定性、刚性、刀柄回转精度跳动和切削液的降温效果应满足加工要求。根据上述分析，确定机床、刚性刀柄及切削液的具体规格见表Io表ICNC设备、刚性刀柄及切削液规格类别型号相关参数外型CNC机床哈挺GX10/nm=80rmint定位精度0.005mm；CNC系统：FANUCO/IIr.n?刚性刀柄ACROW/l11m=250rminl跳动精度0005mm丁F切削液水基切削液加工后摆线轮（见图4）的单件加工时间缩短30%,利用三坐标进行摆线齿廓扫描后，对数据点进行拟合分析，结果显示齿廓误差控制在001mm范围内，摆线齿廓与曲柄轴孔的位置度V0.015mm,满足加工要求。图4加工后摆线轮

7、结语通过对摆线轮装夹方案、铳削路径重新规划，从刀具选型、设备选型、刀柄选择及切削液等多方面进行调整优化，按照优化后的方案进行加工，加工出的零件精度满足加工要求，且加工效率提升30%,达到预期效果。附参考资料：详解摆线轮磨削软件与数控系统的关联随着制造业快速发展，数控机床的使用也越来越广泛，自然而然地对数控系统的功能要求也越来越高。因为随着机械设计理论的发展，科研人员不断更新改进机械机构，导致机械加工中所需要加工的零部件越来越复杂，精度要求也越来越高。对于简单的零件，工作人员可以根据零件图来手工编写G代码数控程序并手动输入到数控系统中，因为程序相对比较简单。而对于具有复杂曲面轮廓并且要求轮廓度误

8、差较小的零部件，完全凭手工编程就不可取了。众所周知数控加工是走插补的，在编写非圆曲面加工G代码数控程序时，所取的点与点之间的距离取决于所要求的轮廓度误差值的大小，轮廓度要求越高，取点将越密集。为了保;正轮漏度误差和表面粗糙度的质量，通常会将一小段轮廓曲线分割为成百上千段，这将导致G代码程序非常复杂，将不再适合手工编程，这就使得数控系统自带的功能很难完全满足生产需求。为了生产加工方便，提高生产效率，通过对数控系统进行二次开发或者编写相关的辅助加工软件对数控系统进行功能扩展，可以解决该难题，并在生产中也得到了验证，效果也非常显著。文中将以陆联摆线齿轮磨床为例，详细分析机床上的摆线轮磨削软件与数控系

9、统之间的联系，探索为何该设备能高效率地加工出高精度的摆线轮。1、摆线轮软件陆联摆线齿轮磨床是一台专用机床，使用FANUC32i数控系统，主要以成形磨削的方式加工机器人关节RV减速器中的核心零件摆线轮。摆线轮的齿廓曲线是非圆弧曲线，要求的轮廓度误差在0.004mm以内，所以常规的圆弧插补指令GO2、G03将不再适用。想要加工出如此高精度的零件，就要求在编写G代码数控程序时，将齿轮曲线分割成多段走直线插补。插补段数越多，机床的加工轨迹将越接近理论齿廓,这对于手工编程人员是一个巨大的工作量。机床上的摆线轮磨削软件可以直接设计摆线轮齿廓并可对齿廓曲线进行分析处理，自动生成G码数控程序，减轻工人的劳动量

10、，显著提高生产效率。摆线轮磨削软件是以VB语言编写的,和数控系统软件一起安装在PC机上,软件从功能上可以分成两部分:摆线轮齿形设计部分和G代码数控程序实现部分。1.1 摆线轮齿形设计部分该部分主要包括齿轮设定模块（见图1）和修砂路径模块（见图2）。齿轮设定模块可对初步设定摆线轮参数（传动比、偏心距、中心圆直径等）和设备参数（金刚轮R角、砂轮厚度）;在修砂路径模块，可以根据需要再次对摆线轮齿廓进一步修形,既可以使用自定齿形功能导入自己设计的轮廓曲线的数据，也可以通过拉动左右两边的14个点手动修形，或者两者相结合。齿轮设定模块修砂路径模块1.2 G代码数控程序实现部分该部分主要是加工参数模块，该模

11、块又细分为加工设置、修砂设置、对刀设置以及研磨部分。加工设置中最重要的是要设置坐标（见图3）,该软件中所使用的坐标与数控系统的坐标完全一致，以避免自动编写G代码程序时坐标系混乱。修砂设置和对刀设置分别执行砂轮修整功能和对刀功能。在研磨设置模块，可以设置数控加工的磨削用量，如图4所示。lMftfa）36gKvInlIlDI19IM坐标设定研磨设置2、数控系统与磨削软件的关联通过对机床数控系统和磨削软件的仔细研究，发现该软件简单来说只是一个设计摆线轮齿形进而根据齿形数据生成数控加工G代码程序的工具。齿轮设定模块、修砂路径模块以及加工参数模块中的加工设置部分都是生成G代码程序的前提准备部分。当前面的

12、部分都依次设定好之后，才能逐步激活下面的模块。其中修砂、对刀和研磨都需要生成G代码程序以便于数控机床能够启动运行，所以在参数设定好之后，点击右下角的传送按钮，软件即可自动生成与该功能部分相适应的G代码程序并自动保存在电脑硬盘里面。打开数控系统软件的程序界面（如图5所示），发现数控系统里面已经为磨削软件适配了一个主程序，磨削软件中所有功能（修砂、对刀、研磨）的执行都需要借助于该主程序，也就是说磨削软件是通过主程序与数控系统相联系的。1IFieiOlirltll(1OStF(W3cssrriAiCNC主程序通过对主程序的层层阅读和分析，发现主程序只是一个执行子程序调用和机床停止功能的简单程序，修砂

13、、对刀和研磨的具体执行语句都在磨削软件生成的子程序里面。也就是说，主程序只是执行子程序调度功能，具体的功能执行取决于子程序，而子程序的生成就与前面的修砂、对刀和研磨功能的选择有关了，在哪个功能模块中点击传送按钮，软件就会自动生成该功能的执行子程序，进而通过主程序的调用使数控机床执行。3、研磨功能的执行过程现在以研磨功能的执行过程为例，对数控系统和磨削软件的运行机制以及相互关联进行详细分析。(I)首先是准备功能部分:摆线轮齿形初步设计一通过修砂路径模块对摆线轮进行再次修形T通过加工设置输入机床坐标以及其他相关参数。(2)准备工作做好后，就可以根据前面设计的摆线轮齿廓线数据生成相应的修砂轮的G代码

14、数控程序，执行修砂轮程序直到完全修出所设计的形状。对于成形磨削而言，摆线轮的齿形完全取决于砂轮的形状，所以必须重视该步骤。(3)然后是激活对刀设置模块开始执行对刀功能，此机床只是执行最后的精加工工序，工件在加工之前就已经进行了粗加工，毛坯上已经有大概的摆线齿形了，只留下了少部分余量以便于提高加工效率。但是值得注意的是，由于毛坯上的余量较少，对刀时必须尽量对正对准确，以避免出现摆线轮外径尺寸已经到位了，还有部分齿面没有完全磨到，这将给零件的齿形轮廓度和表面粗糙度带来极大的损害。因此，既要在对刀之前将砂轮形状完全修整，也要保证对刀的准确度。(4)当前面所有的工作都确保无误之后，就可以激活研磨模块执

15、行摆线轮研磨功能了。首先在该界面上设置好磨削用量:研磨趟数、切量、研磨转速、进给速度以及修砂频率和修砂增量等参数。这些参数一定要合理设置，因为这些参数会直接在G代码数控程序中使用。换言之，当G代码数控程序准确无误时，最终加工产品的质量很大部分依赖于磨削用量的合理程度。因为磨削特别是高精度磨削加工相对于刀具加工稳定性和加工效率稍差，磨削时作为刀具的砂轮自身也在损耗，进而导致砂轮轮廓发生变化，影响零件的轮廓度和加工效率。所以参数设置得越合理，摆线轮的精度将会越高，反之亦然。当参数设定好之后，点击右下角的传送按钮，即可生成执行该功能的G代码数控程序。启动数控机床，首先将会执行0999主程序，接着通过外部子程序调用磨削软件生成的OO(X)6号子程序和00002号子程序对系统中所用到的宏变量进行初始化，其中对#101赋值2。接着执行00007号子程序，该程序具体内容如下：(M)007M98PMM)3M198POOO4MI98P()5M05M07M99可以看到在00007号子程序中再次进行了外部子程序的调用。通过分析，00003号子程序和00004号子程序分别是执行砂轮修整和对刀时所执行的G代码，而现在是执行研磨功能，所以这两个子程序并没有实质性